Жесткий штамп на физически нелинейном основании
Рассмотрим
упрощенную расчетную схему системы
«фундаментная балка – физически
нелинейный слой основания», где в
качестве фундаментной балки рассматривается
абсолютно жесткий штамп (Рис. 10). Реактивные
сосредоточенные силы
выражают собой концентрацию реактивного
давления грунта в концевых сечениях
балки.
Рис. 10
Максимальное упрощение расчетная схема приобретает при пренебрежении реактивными сосредоточенными силами . В этом случае осадка слоя основания под штампом носит местный характер. Зависимость между силой Р и осадкой Wo имеет вид:
(10)
где
,
.
Учет реактивных сосредоточенных сил в данном упрощенном подходе возможен только с привлечением дополнительных упрощающих предположений, позволяющих получить двустороннюю оценку решения сверху и снизу. Оценка решения снизу может быть получена при предположении о том, что коэффициент
,
характеризующий работу неупругого основания на сдвиг за пределами штампа, определяется величиной секущего модуля диаграммы деформирования Ес, соответствующей его значению под подошвой штампа. Тогда зависимость между силой Р и осадкой Wo имеет вид:
(11)
Оценка решения сверху может быть получена при предположении о том, что этот коэффициент определяется величиной модуля деформаций в упругой области Е0. Это соответствует гипотезе об упругой работе слоя основания за пределами штампа. Тогда зависимость между силой Р и осадкой Wo имеет вид:
(12)
Таким образом, видно, что пренебрежение пластической составляющей деформаций в области слоя основания за пределами подошвы штампа значительно завышает несущую способность основания.
Лекция 8. Взаимодействие массива грунта основания с высотными сооружениями.
Общая устойчивость системы «сооружение-основание». Расчетные модели и методы расчета. Критерий общей устойчивости. Устойчивость сооружения с учетом неоднородности основания техногенного характера. Устойчивость высотных сооружений с учетом их взаимовлияния. Устойчивость высотных сооружений на нелинейно деформируемом основании.
Общая устойчивость системы «сооружение-основание».
Ряд инженерных сооружений имеют повышенную склонность к потере устойчивости исходного положения равновесия. К таким сооружениям относятся сооружения с высокорасположенным центром тяжести или высотные сооружения. К категории высотных сооружений относятся следующие инженерные сооружения: водонапорные башни (Рис. 1), дымовые трубы (Рис. 2, 3), башни и мачты для размещения теле-радио аппаратуры и средств космической связи (Рис. 4).
Водонапорные башни это резервуары (цилиндрической, шаровой или другой формы), поднятые на расчетную высоту, для аккумуляции воды и поддержания расчетного давления воды в водопроводной сети.
Рис.1. Рис. 2.
Трубы служат для отвода дыма и газа. Обычно высота низких труб составляет 60м, средние по высоте трубы до 180м и высокие – более 180м. Фундаментом дымовой трубы является железобетонная плита. Примечательным примером высотного сооружения является дымовая труба в Мангышлаке высотой 400м следы сажи, от которой найдены в Гималаях [6]. Высота башни средств связи, представляющей собой жестко заделанную в основание консоль, достигает 500м.
Рис. 3.
Рис. 4.
Рис. 5.
К высотным сооружениям относятся небоскребы (Рис. 5). Всемирную известность получили небоскребы центра торговых операций мирового рынка в Нью-Йорке, которые 11 сентября 2001г. были взорваны террористами. Они представляли собой комплекс из двух зданий-башен высотой 411м. Место их строительства – участок у реки Гудзон на который многие годы сбрасывались городские отходы. В связи с этим грунт на участке был мягкий и не мог нести нагрузку от веса строящегося здания, составляющую около миллиона тонн. Твердые скальные породы на этом участке залегали на глубине 20м. Решение состояло в разработке котлована объемом около миллиона кубометров и площадью достаточной для размещения оснований двух башен с размерами 64х64м каждая. Участок строительства был огорожен водонепроницаемой стеной общей длиной более километра. Извлеченный грунт (916 тыс. м3) перемещался в р. Гудзон, что увеличило полезную площадь города на 9,3 га.
Одной из наиболее часто встречающихся причин нарушения устойчивости исходного положения равновесия таких сооружений, являются деформационные процессы в основаниях этих сооружений. Проявляться эти процессы могут и при возведении сооружения, и в период его эксплуатации. Причины их возникновения самые разнообразные: как природного, так и техногенного характера.
Грунтовая среда оснований зданий и сооружений может быть отнесена к средам со сложными нелинейными свойствами. В связи с этим проблема устойчивости в общем случае выходит за рамки задачи об устойчивости исходного равновесного состояния (вертикального положения) сооружения. Рассматривая сооружение и его основание как систему, работающую совместно, задача устойчивости такой системы формулируется как проблема устойчивости исходного нелинейного процесса деформирования с позиций теории устойчивости процессов.